液壓閥柔性桿17-4PH 棒料初始?xì)堄鄳?yīng)力及加工變形試驗(yàn)研究

摘 要：液壓閥柔性桿是液壓伺服閥的關(guān)鍵零件，負(fù)責(zé)串連多種零組件，起到重要的連接作用。作為典型的弱剛度零件，此類(lèi)零件普遍存在加工變形超差的問(wèn)題?，F(xiàn)有的研究主要集中在切削加工過(guò)程中控制零件變形方面，本文主要研究17-4PH不銹鋼棒料不同材料批次、熱處理?xiàng)l件下的初始?xì)堄鄳?yīng)力及其對(duì)加工變形的影響。通過(guò)X射線(xiàn)衍射法，測(cè)量了不同批次棒料不同熱處理工藝下的軸向和周向初始?xì)堄鄳?yīng)力，分析了殘余應(yīng)力分布規(guī)律及材料批次和熱處理工藝對(duì)殘余應(yīng)力的影響。通過(guò)切削試驗(yàn)，探究了材料批次和熱處理工藝對(duì)零件最終加工變形的影響，得到了優(yōu)選的材料批次和熱處理工藝，為高精高效加工液壓柔性桿提供了參考。

關(guān)鍵詞：初始?xì)堄鄳?yīng)力； 弱剛度； 變形控制； 17-4PH不銹鋼； X射線(xiàn)衍射

中圖分類(lèi)號(hào)：TH142.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.19452/j.issn1007-5453.2024.12.011

液壓閥柔性桿作為飛控系統(tǒng)中電液伺服閥的關(guān)鍵零件，連接直線(xiàn)力矩馬達(dá)和液壓滑閥，起到將電信號(hào)產(chǎn)生位移轉(zhuǎn)換為液壓信號(hào)的重要作用。柔性桿微小的尺寸和形位變化會(huì)導(dǎo)致電液伺服閥性能變化，嚴(yán)重時(shí)造成卡滯等故障。柔性桿長(zhǎng)徑比高達(dá)100，直線(xiàn)度要求全長(zhǎng)0.1mm，屬于極弱剛度零件，在制造過(guò)程中易產(chǎn)生加工變形和尺寸不穩(wěn)定[1]問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致零部件的額外返工、校正甚至報(bào)廢，極大地影響了生產(chǎn)效率，增加了生產(chǎn)成本。因此，其加工變形問(wèn)題一直是高性能液壓伺服閥研制面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一。

初始?xì)堄鄳?yīng)力是影響此類(lèi)弱剛度零件變形的重要因素[2]，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行了多方面的研究，Nervi等[3]建立了一種數(shù)學(xué)模型，精確預(yù)測(cè)了鋁板制造的機(jī)身部件因板材制造過(guò)程中引入的殘余應(yīng)力而引起的變形，最大預(yù)測(cè)誤差在40%以?xún)?nèi)。El-Axir[4]提出了一種車(chē)削表面最大殘余應(yīng)力的預(yù)測(cè)模型，重點(diǎn)研究了加工參數(shù)對(duì)殘余應(yīng)力分布的影響建模。葉海潮等[5]通過(guò)對(duì)原始材料內(nèi)殘余應(yīng)力分布及力學(xué)特性的研究，對(duì)加工位置進(jìn)行優(yōu)選與原方法比較減少了零件90%以上的變形。朱亞民[6]建立了初始應(yīng)力影響物體變形的通用模型，其結(jié)果更接近實(shí)測(cè)結(jié)果，比傳統(tǒng)的彎曲模型預(yù)測(cè)精度提高了10%以上。華中科技大學(xué)毛寬民教授團(tuán)隊(duì)[7]提出了一種通過(guò)表面殘余應(yīng)力預(yù)測(cè)內(nèi)部殘余應(yīng)力的方法，該方法避免了對(duì)零件造成破壞，為變形研究提供了一種新的途徑。南京航空航天大學(xué)何寧教授團(tuán)隊(duì)[8]在弱剛度薄壁件變形預(yù)測(cè)中考慮了薄板表層應(yīng)力耦合作用，提高了殘余應(yīng)力預(yù)測(cè)和仿真的精度，并提出了通過(guò)優(yōu)化余量分配和加工路徑加速應(yīng)變能轉(zhuǎn)化減小加工變形的工藝方法。南昌航空大學(xué)秦國(guó)華教授團(tuán)隊(duì)[9]研究了初始?xì)堄鄳?yīng)力與初始幾何誤差的耦合影響，提出了一種優(yōu)化模型的步長(zhǎng)遞減算法，使加工的變形相較于原工藝減少了83%。

目前的研究主要集中于對(duì)殘余應(yīng)力的預(yù)測(cè)、加工及加工過(guò)程的優(yōu)化，進(jìn)而減少殘余應(yīng)力釋放后零件的變形，而不同批次、不同熱處理方式棒料的材料特性有較為明顯的差異，目前對(duì)此方面的研究較少。因此，本文通過(guò)試驗(yàn)探究不同批次的原材料初始?xì)堄鄳?yīng)力分布和特性，探究不同熱處理方式對(duì)材料初始?xì)堄鄳?yīng)力的影響，以及這些影響因素對(duì)柔性桿加工變形的影響。為高效高精度加工此類(lèi)零件時(shí)選取合理的加工原料和熱處理方式提供參考。